本科畢業(yè)論文噸臥式繞線機的設計

1、畢業(yè)設計題 目 10噸臥式繞線機的設計 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 工業(yè)工程 班 級 工程0702班 學 生 學 號 指導教師 二一 一年 五 月 三十 日摘 要臥式繞線機主要是用于電動機、電器繞組的制造，是電壓器制造企業(yè)的關鍵生產(chǎn)設備之一。它可以解決繞組在繞制過程中對繞制速度、啟動特性、線圈恒張力控制，實現(xiàn)排線架的運動速度與主軸的轉(zhuǎn)速按照一定的函數(shù)關系變化，實現(xiàn)同步控制。通過進行文獻檢索、企業(yè)的產(chǎn)品收集，對臥式繞線機的基本整體結構、功能需要進行總結分析，對國內(nèi)外的臥式繞線機的發(fā)展現(xiàn)狀進行了深入的了解。本文對臥式繞線機的主要機械結構進行了深入詳細的設計并進行了強度的校核，其中對主軸、蝸桿-蝸

2、輪減速器以及帶傳動、鏈傳動進行詳細的設計。同時，除了機械傳動的設計外，還另外對臥式繞線機的電氣控制系統(tǒng)硬件組成也進行了設計及PLC梯形圖的設計。通過對繞線機整機機械結構的設計以及電氣控制系統(tǒng)的設計，基本能夠達到預期的設計要求，符合機械結構的強度需要，實現(xiàn)了臥式繞線機的恒張力、自動排線、自動調(diào)速、排線的制動以及主軸制動的功能。關鍵詞：臥式繞線機；張力控制；同步控制；電氣控制ABSTRACTHorizontal coiling machine is mainly used to manufacture electric motors' and electrical appliances&#

3、39; coiling. It is one of the key production equipments for the voltage device manufacturing enterprises. It can realize many characteristics around the winding ,such as the control of the coiling speed, startup behavior and the control of coil constant tension, so as to realize the change of the mo

4、vement speed of the creelstand and spindle speed according to certain function relation, achieving the ynchronous control. Through the literature retrieval and enterprise product collection, I make some analysis to the basic structure and function requires of the horizontal coiling machines. In this

5、 paper ,I make a further detailed design to the horizontal coiling machine's main mechanical structure and check the intensity, among of all,such as the detailed design of the spindle, worm - worm gear reducer, belt transmission and chain. At the same time, in addition to the mechanical transmis

6、sion design outside, also, I have maked the detailed design for the electrical control system's hardware of the horizontal coiling machine and PLC ladder diagram. Based on the mechanical structure's design of the winding machine and electrical control system's design, I basicly can achie

7、ve the desired design requirements, according with mechanical structural strength need, realizing the functions of the control of the constant tension, automatic coiling , automatic speed,the baking of the creelstand and the spindle in this horizontal coiling machine. Key words： horizontal coiling m

8、achine；tension control；synchronous control；electrical control目 錄摘要. .IABSTRACT.II1 前言.11.1繞線機的簡介. . . . .11.1.1 自動繞線機.1 立式繞線機.1 臥式繞線機.11.2 國內(nèi)繞線機的現(xiàn)狀.21.3 臥式繞線機的設計內(nèi)容.2 臥式繞線機的基本結構.2 臥式繞線機的設計方案.31.4 臥式繞線機的技術參數(shù).42 前箱體的設計.52.1 確定主電機功率.52.1.1 空線圈啟動狀態(tài)下.5 線圈在滿圈狀態(tài)下.62.2 制動器的選擇.82.3 蝸桿-蝸輪減速器.92.3.1蝸桿-蝸輪減速器的設計方

9、案.92.3.2蝸桿-蝸輪減速器的設計計算.9蝸桿-蝸輪減速器的結構尺寸.11蝸輪齒根彎曲疲勞強度校核.112.4 帶傳動的設計.132.4.1 帶傳動的結構尺寸.13 帶的選擇.14 帶的受力分析.15 帶輪的結構設計.152.5 鏈傳動的設計.162.5.1 鏈的尺寸設計.16 鏈的校核設計.17鏈輪的結構設計.182.6 主軸的設計.202.6.1 主軸的結構設計.20 主軸的載荷分析.222.7 鏈輪主動軸.242.7.1 鏈輪主動軸的安裝結構.24 鏈輪主動軸的尺寸設計.252.8 蝸桿軸.252.8.1 蝸桿軸的安裝結構.25 蝸桿軸的尺寸設計.262.9 主動帶輪軸-電機軸.26

10、2.9.1 主動帶輪軸的結構.26 主動帶輪軸的尺寸設計.263 后箱體、排線架的設計.283.1 后箱體主軸的設計.283.1.1后箱體主軸的結構.28 后箱體主軸的尺寸設計.283.2 后箱體微調(diào)軸.283.2.1 后箱體微調(diào)軸的結構.28 后箱體微調(diào)軸的尺寸設計.293.3 后箱體粗調(diào).293.3.1 蝸桿-蝸輪傳動.29 蝸桿軸的設計.303.4 排線架.303.4.1 滾珠絲杠.30 排線機構.314 電氣控制系統(tǒng)及PLC的設計.334.1 繞線機的電氣控制原理.334.1.1 繞線機的控制系統(tǒng)硬件選擇.33 PLC控制系統(tǒng)的設計.344.2 PLC程序編程.355 結論.37參考文

11、獻.38致謝.39附錄. . . . .401 前言1.1 繞線機的簡介變壓器繞線機主要是用于繞制變壓器線圈的專用設備，在變壓器的線圈生產(chǎn)過程中，按照變壓器的線圈的電壓容量對繞線機設備進行分類，有繞制大型電力變壓器線圈的立式繞線機和臥式繞線機；也有繞制配電變壓器高、低壓線圈的箔式線圈繞線機和自動排線繞線機。目前繞線機已經(jīng)發(fā)展成為多種類的適應多種線圈的繞線機，其中比較典型的有自動排線繞線機、箔式線圈繞制機、立式繞線機、臥式繞線機。1.1.1 自動繞線機自動排線繞線機是繞制配電變壓器高壓線圈的專用設備。采用這種設備繞制出的線圈，結構緊湊、體積小、強度高。為進一步提高生產(chǎn)效率，新型的繞線機主機轉(zhuǎn)速由

12、300 rad/min提高到500 rad/min。同時配有端絕緣開卷機構、導線張緊機構，計算機可予置多種參數(shù)，可使線圈繞制一次完成，自動化程度大大提高，減輕了工人的勞動強度，但是成本相應地提高了。 立式繞線機變壓器的線圈要求在線圈繞制過程中軸向要壓緊，徑向要卷緊，采用立式繞線機正好可以利用線圈的自重，軸向可以實現(xiàn)自然壓緊，徑向使用張緊裝置進行控制張力大小。所以現(xiàn)在大型變壓器中高壓線圈的繞制普遍采用了立式繞線機，即使是低壓螺旋式線圈也采用了立式繞線機生產(chǎn)。現(xiàn)在的立式繞線機也開始進一步向大型化發(fā)展。原有的立式繞線機載重只有20 t，現(xiàn)在已提高到40 t，線圈直徑最大使用到3500 mm，最大高度

13、達到到 4000 mm。使用了氣囊板式張緊裝置，而且可以數(shù)字顯示張力大小，張力控制更加準確、穩(wěn)定可靠。為了提高所繞線圈的尺寸精度，控制立式繞線機徑向跳動，增加了繞線模軸頭固定裝置；為了控制軸向跳動，使用了高精度雙排輥式大型軸承。因此，使變壓器進一步降低損耗、減輕重量、降低成本有了可能。 臥式繞線機從變壓器的線圈繞組結構設計來看，并不是所有線圈都能使用立式繞線機生產(chǎn)。如層式結構、多螺旋結構式線圈。如果這種線圈使用普通臥式繞線機繞制好后，軸向不加任何壓力繞制，線段間隙就會很大，像一個壓簧。線圈經(jīng)壓緊后直徑變大，線圈和紙筒間將會產(chǎn)生間隙，會造成線圈軸向失穩(wěn)，遇有軸向電動力，線圈可能造成損壞。因此，帶

14、有軸向、徑向壓緊式臥式繞線機，在大型變壓器線圈生產(chǎn)中，得到了廣泛使用。隨著變壓器性能要求越來越高，一般中小型變壓器的生產(chǎn)，也逐漸開始使用壓緊式臥式繞線機。原來的壓緊機構使用力矩電機或氣缸產(chǎn)生壓力，現(xiàn)已通過伺服電機取代。為了控制繞制線圈尺寸公差，繞線機增加了光柵尺，實時地檢測線圈尺寸。多軸式放線車上的各線盤放線張力可以實現(xiàn)獨立控制，根據(jù)繞制線圈的長度，放線車隨動跟蹤，避免導線的扭曲變形產(chǎn)生新的應力，從而降低繞組的蝸流損耗。1.2 國內(nèi)繞線機的現(xiàn)狀國產(chǎn)的繞線機總體來說較國際技術來講，無論是技術還是質(zhì)量或是性能上還與發(fā)達國家有一定的差距的。國產(chǎn)的繞線機自動化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能

15、應用于繞線要求相對不太高的場合，繞線機的高端設備都有日本、瑞士、德國等進口設備占領市場，而國產(chǎn)設備只能在很小的市場份額里以低價來爭得客戶，我國繞線機市場目前處于高速發(fā)展的時期。目前國內(nèi)的繞線機也向多種類的適應多種線圈的繞線機方向發(fā)展，其中包括自動排線繞線機、箔式線圈繞制機、立式繞線機、臥式繞線機。近年來，國外開發(fā)研制了全自動繞線機，可以實現(xiàn)自動排線、自動張緊，提高了繞線線圈的質(zhì)量。箔式繞線機以前主要用于繞制干式變壓器高壓線圈，今后會更多應用于繞制油浸式變壓器線圈。它具有效率高、繞制線圈的質(zhì)量好，特別是它具有降低整臺變壓器的線圈消耗，提高線圈承受短路的應力特點。1.3 臥式繞線機的設計內(nèi)容臥式繞

16、線機主要用于大容量干式變壓器線圈的生產(chǎn)制造，繞線模由主軸花盤與尾座花盤水平支撐，繞線模由主軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，線圈在一定張力作用下有規(guī)律地在繞線模上繞線。繞線機采用三相交流異步電動機驅(qū)動，經(jīng)帶傳動傳遞動力、無自鎖的蝸輪-蝸桿減速器減速（因電機需要正反轉(zhuǎn)）后，采用鏈傳動的方式將動力傳遞給主軸，由主軸帶動繞線機構繞制線圈。由于在繞制過程中，隨著線圈半徑越來越大，主軸的轉(zhuǎn)速也應隨之變化，所以三相電機應配有變頻器，實現(xiàn)電動機的無級變速。在從動帶輪軸之后安裝有磁粉制動器，其原理是采用導磁的磁粉為媒介，制動部件與運動部件間隙中充填磁粉，借助于磁粉間的電磁吸引力形成的磁粉鏈同工作面間的摩擦力產(chǎn)生制動的功能。 臥式繞

17、線機的基本結構臥式繞線機的組成包括主機、變頻調(diào)速系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、操作面板等。主機包括床頭箱、排線架、放線架、尾座和底座等四部分組成。床頭箱里包含三相電動機、蝸桿-蝸輪傳動裝置、帶輪傳動、鏈傳動、磁粉制動裝置、變頻器、箱體等；外面包含花盤、轉(zhuǎn)速表、變速裝置、開關等。尾座有花盤、頂尖、頂尖調(diào)整裝置、交流伺服電動機、尾座調(diào)節(jié)手柄、蝸桿-蝸輪機構、齒輪齒條機構、箱體等。排線架包含滾筒、滾珠絲杠機構、線圈張緊裝置等。臥式繞線機結構簡圖如圖1-1：圖1-1 臥式繞線機結構簡圖1-轉(zhuǎn)速表 2-花盤 3-托輪 4-頂尖 5-鎖桿 6-頂尖調(diào)節(jié)手柄7-尾座 8-底座 9-腳開關 10-開關 11-床頭箱 1

18、2-變速手柄 臥式繞線機的設計方案在做設計準備的過程中，查閱了相關書籍、期刊、中外文獻等材料，主要通過在圖書館查閱相關書籍、期刊、中外文獻等，結合已有的關于繞線機的材料，對繞線機的結構進行設計。結合國內(nèi)外關于臥式繞線機的材料，對臥式繞線機的結構進行設計，對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。設計初步采用三相交流電機帶動鏈輪傳動主軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)繞線功能；由交流伺服電機、滾珠絲杠帶動繞線機構，對繞線過程實現(xiàn)控制。繞線機的組成包括主機、變頻調(diào)速系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、操作面板等。主機包括床頭箱、尾座和底座三部分組成。床頭箱里包含電動機、齒輪傳動裝置；外面花盤、轉(zhuǎn)速表、變速裝置、開關等。尾座由頂尖、頂尖調(diào)整裝置等。床頭除與床

19、尾共同支撐線圈外，主要用來提供扭矩及不同的轉(zhuǎn)速。臥式繞線機的結構應該能滿足的功能及要求為：平穩(wěn)啟動和勻速轉(zhuǎn)動；在不同的轉(zhuǎn)速下（必要的間歇轉(zhuǎn)動）能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩；準確地計數(shù)；可適應不同線槽的夾具安裝；有效即使制動；能夠排線、張緊；裝卸方便，便于操作。在考慮結構設計的時候還應該注意到可靠性、人機關系、安全、檢修、美觀、經(jīng)濟價值等問題。設計過程中主要參數(shù)的確定包括主電機功率、制動器的選擇、帶傳動的設計、鏈傳動的設計、主電動機上蝸桿-蝸輪減速機構設計、尾座用的蝸輪蝸桿減速機構、電動機軸的結構參數(shù)、主軸的結構參數(shù)、排線用的交流伺服電動機、尾座套筒的移動副、變頻器、鏈條的設計、齒輪齒條的選擇、滾動直線導

20、軌、滾珠絲桿的設計、主軸上的軸承、主軸上的光電編碼器、PLC編程等。（1）繞線系統(tǒng)采用三相異步電機驅(qū)動，經(jīng)無自鎖的蝸桿-蝸輪減速器減速（因電機需要正反轉(zhuǎn)）后，采用鏈傳動的方式等速傳遞給主軸，由主軸帶動繞線機構繞線。由于在繞制過程中，隨著線圈半徑越來越大，主軸的轉(zhuǎn)速也應隨之變化，所以三相電機應配有變頻器，實現(xiàn)電動機的無級變速。在從動帶輪之后安有磁粉制動器，其原理是采用導磁的磁粉為媒介，制動部件與運動部件間隙中充填磁粉，借助于磁粉間的電磁吸引力形成的磁粉鏈同工作面間的摩擦力產(chǎn)生制動功能。用磁粉制動器可對電機進行有效的制動。（2）尾箱由蝸輪、蝸桿減速機構帶動齒輪齒條沿軸向移動，手動實現(xiàn)其控制。后軸的

21、軸向進給也是通過手動控制，通過螺紋傳動實現(xiàn)軸套的伸縮，對繞線架的距離進行微調(diào)，最大的微調(diào)距離可達150 mm。（3）對主軸、軸承，蝸輪、蝸桿等進行必要的機構尺寸確定以及強度校合，使其滿足工作要求。（4）控制系統(tǒng)由PLC實現(xiàn)。PLC主要用來控制主軸的正反轉(zhuǎn)、主軸的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，還有交流伺服電機帶動的排線機構的進給速度。主軸的轉(zhuǎn)速由其末端的光電編碼器檢測，信號傳給PLC，由PLC控制變頻器的電流大小，根據(jù)實際的繞線速度以及線圈的直徑來調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速，使他們的速度相匹配。因PLC含有計數(shù)功能，所以可由PLC控制主軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)；PLC控制的伺服電機及排線架要與交流電機的轉(zhuǎn)速相適應，以達到穩(wěn)速緊密繞

22、線的目的。交流電機由磁粉制動器制動，也由PLC在繞線完成后控制運行來制動電動機。主機速度控制的PLC設計，應用PLC控制繞線機實現(xiàn)主軸的各種運動，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高工作效率。具體的PLC設計過程：確定PLC所需I/O點個數(shù)；用互程序存儲器容量的選擇；PLC型號的選擇；PLC的程序設計。1.4 臥式繞線機的技術參數(shù)中心高：1600 mm；花盤直徑：1200 mm, 開四等分T形槽；床頭總盤與尾座頂尖距離：1.8 m-3.2 m；最大轉(zhuǎn)速：10噸；主軸轉(zhuǎn)速：024 rpm . 滿圈時 1012 rpm；電機功率 11 kw ( 由張力機的張緊力確定出 )；起動、制動時間：三分之一圈；

23、張緊力：1000 N。2 前箱體設計計算2.1 確定主電機功率2.1.1 空線圈啟動狀態(tài)下電動機在啟動到額定轉(zhuǎn)速的過程中，主軸所受的力矩為， （2-1） （2-2）式中，加速度產(chǎn)生的力矩；張緊力產(chǎn)生的力矩； 繞線模轉(zhuǎn)動慣量。在=24(rpm)時，啟動時間按照三分之一圈計算，角加速度為， （2-3）繞線模的轉(zhuǎn)動慣量為， （2-4）角加速度力矩為， =160×3=480 （2-5）張緊力矩為， （2-6）式中，線圈的張緊力，為恒定力1000N； D空繞線模的直徑，為800mm。主軸負載力矩為，負載功率為， （2-7）式中，負載功率，單位為Kw； n繞線模轉(zhuǎn)速，單位為r/min。由于由電機

24、到主軸之間蝸輪蝸桿減速器（非自鎖），則=0.75；鏈傳動=0.95；帶傳動及其他機構=0.98。電動機軸負載功率為, （2-8）2.1.2 線圈在滿圈狀態(tài)下在繞線模滿圈時，若由于某種原因，繞線機停機，現(xiàn)在需要重新啟動，在此過程中重新啟動繞線。主軸所受的力矩為 （2-9） （2-10）式中，加速度產(chǎn)生的力矩；張緊力產(chǎn)生的力矩。由于繞線過程中，隨著繞線模的線圈的繞制，轉(zhuǎn)速需要隨之降低，此時n取11rpm，啟動時間按照三分之一圈計算，角加速度為， （2-11）線圈及繞線模轉(zhuǎn)動慣量為， （2-12） （2-13）線圈對繞線模的張緊力矩為， （2-14）式中，滿載時，線圈對主軸的力矩，單位N·

25、m； 滿載時，線圈的直徑，為1200mm。主軸負載力矩為主軸負載功率為 （2-15）式中，滿圈時，線對繞線模的力矩； 滿圈時，繞線模的轉(zhuǎn)速?？紤]到由電機到主軸之間蝸輪蝸桿減速器（非自鎖），則=0.75；鏈傳動=0.95；帶傳動及其他機構=0.98。電機軸負載功率為， <11 （2-16）選擇電機11kW可以滿足要求。查手冊選用電機，額定功率11(kW)，轉(zhuǎn)速1460(rpm)。電機啟動后，主軸轉(zhuǎn)速為24(rpm)，穩(wěn)定運行后主軸為12(rpm)。由帶傳動 =1，鏈傳動 =1，取蝸桿-蝸輪傳動=41則主軸 及蝸輪軸的轉(zhuǎn)速， 蝸桿軸轉(zhuǎn)速為2.2 制動器的選擇在制動的過程中，存在張力力矩、減速

26、力矩、制動力矩 （2-17）式中，制動過程中，減速度產(chǎn)生的力矩折算到蝸桿軸上 （2-18）式中，主軸的制動力矩折合到蝸桿軸上的力矩； 蝸桿軸和主軸之間的總傳動比。選用磁粉制動器，為自然冷卻式磁粉制動器空心軸型ZX-2.5YA2.3 蝸桿-渦輪減速器2.3.1蝸桿-蝸輪減速器的設計方案由于隨著線圈的不斷繞制，線圈的質(zhì)量不斷增大，電動機的轉(zhuǎn)速也應該不斷減小，故選用4級調(diào)速。線圈滿圈時，質(zhì)量m=10(噸)，電機轉(zhuǎn)速為480(rpm)，線圈為12(rpm)。 蝸桿-蝸輪兩軸交錯角，采用ZI漸近線蝸桿?？紤]到傳動功率不大，速度只是中等，蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬

27、度為。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模制造。僅齒圈用青銅制造，輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 蝸桿-蝸輪減速器的設計計算按齒面接觸疲勞強度，傳動中心距為 （2-19）式中，a蝸桿-蝸輪中心距； K載荷系數(shù)； 接觸系數(shù) 彈性影響系數(shù)。計算蝸桿功率確定齒輪齒數(shù) =1， =40，=0.75由 =3.26，鏈傳動 =0.95，則蝸輪軸功率為 （2-20） （2-21）式中， 主軸負載功率； 蝸桿軸力矩。由經(jīng)蝸桿-蝸輪傳動=0.75，則蝸桿功率為計算蝸桿載荷系數(shù)因工作載荷較穩(wěn)定時，故取載荷分布不均系數(shù) =1；由表11-5選=1；由轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，取 =1.05 （2-22）材料彈性影響系數(shù)因

28、選用鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿，計算應力極限先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距a的比值 =0.36，從圖11-18可查得，接觸系數(shù)為=2.85。根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度為45HRC，從表11-7查得蝸輪的許用應力 =268 ，=12000(h)應力循環(huán)次數(shù)為 （2-23）壽命系數(shù)為應力極限為 （2-24）計算中心距 （2-25）取a=200(mm)，因 ，取 ，q=10，則，查教材圖11-18，以上滿足條件 蝸桿-蝸輪的結構尺寸蝸桿結構尺寸查表得，蝸桿軸向齒距直徑系數(shù)q=10，齒頂圓， 齒根圓直徑分度圓導程角，蝸桿軸向齒厚蝸輪結構尺寸=41，=-0.

29、5 驗算傳動比=41，傳動比誤差為，在誤差允許范圍。分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑 蝸輪齒根彎曲疲勞強度校核齒根圓彎曲疲勞強度條件 （2-26）式中，蝸輪齒根彎曲應力，MPa； 蝸輪齒形系數(shù)，由蝸輪的當量齒數(shù)及蝸輪變形系數(shù)x2 查教材圖11-19； 許用彎曲應力，單位MPa; 彎曲疲勞強度的重合度系數(shù)，取=0.667。.當量齒數(shù)為， （2-27）式中，分度圓導程角；由，查圖11-19，得 （2-28）應力極限為， （2-29） （2-30）從教材表11-8查得鑄錫磷青銅ZCuSn10P1蝸輪的許用彎曲應力為，壽命系數(shù)為， 應力滿足條件 從GB/T10089-1988圓柱蝸桿-蝸輪傳動機構減速器

30、精度選8級。2.4 帶傳動的設計2.4.1 帶傳動的結構尺寸計算功率為 （2-31）式中，工作情況系數(shù)； P所需傳遞的額定功率，單位kW。查教材表8-7，工作情況系數(shù) 又由已經(jīng)條件得 ，帶型的選擇及轉(zhuǎn)速查圖8-11，普通V型帶選型圖，應該選B型帶，取，取 （2-32）由傳動比i=1，則初定中心距由得， （2-33）取計算帶長 （2-36）查表8-2，取實際中心距 （2-37）最小中心距為， （2-38）最大中心距為， （2-39） 帶的選擇小帶輪包角為 （2-40）帶的根數(shù)為 （2-41）式中，包角修正系數(shù)； 帶長修正系數(shù)。查教材表8-4a，得 ；查教材表8-4b，得 ；查教材表8-5，得 ；

31、查表8-2，得 取 帶的受力分析單根V帶初拉力F最小初拉力為 （2-42）查表8-3，得 ， 最小初拉力為 帶傳動作用在軸上的壓軸力為 （2-43） 帶輪的結構設計由帶輪的基本尺寸，帶輪結構采用孔板式。由手冊查電機主軸尺寸為查表8-10，得,取，取，。齒頂圓直徑，齒根圓直徑帶輪寬度取2.5 鏈傳動的設計2.5.1 鏈的尺寸設計采用滾子鏈傳動，雙排鏈 ，i=1單排鏈的計算功率 （2-44）式中，KA工況系數(shù)，見教材表9-6； KZ主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，見圖9-13； KP多排鏈系數(shù)，雙排鏈時KP=1.75，三排鏈時KP=2.5查表9-6，得 查圖9-12，得 雙排鏈時， ,查圖9-11，選用型號為2

32、4A的鏈條查表9-1，得節(jié)距為分度圓直徑為 （2-45）初選中心距選鏈節(jié)數(shù)為, （2-46）取最大中心距為 （2-47）式中，中心距計算系數(shù)，查教材表9-7。查表9-7，得 鏈的校核設計鏈輪的鏈速 （2-48）式中，主動鏈輪轉(zhuǎn)速，單位為rpm。查圖9-14，選用定期人工潤滑。鏈輪對軸的壓軸力 （2-49）式中，壓軸力系數(shù)，對水平傳動=1.15；對垂直傳動=1.05； 有效圓周力，單位為N。垂直布置傳動時 壓軸力為 鏈輪材料選用45鋼，采用張緊輪進行張緊。 鏈輪的結構設計鏈輪的總體結構選用雙排鏈輪，由于鏈輪的尺寸較小，采用整體式。由安裝軸的尺寸，分度圓的直徑齒頂圓直徑查表9-1，滾子直徑為，內(nèi)鏈

33、板高度為齒頂圓直徑最小值為， （2-50）齒頂圓直徑最大值為， （2-51） 取324mm，即齒根圓直徑 齒高 （2-52） （2-53）式中，滾子直徑，查教材表9-1； 鏈的節(jié)距；取凸緣直徑 （2-54）式中，內(nèi)鏈板高度，查教材表9-1。取輪轂厚度 （2-55）式中，輪轂直徑。 K常數(shù)，查手冊；軸向齒廓尺寸齒側倒角 齒全寬 齒寬 輪轂直徑 ，且，則 滿足=260輪轂長度L 由取，查手冊，選擇鍵22×14×632.6 主軸的設計2.6.1 主軸的結構設計軸上零件的裝配主軸結構及其上的零件裝配結構簡圖如圖2-1：圖2-1 主軸結構及其上零件裝配圖主軸轉(zhuǎn)矩主軸負載功率為負載轉(zhuǎn)矩

34、為按扭轉(zhuǎn)強度條件設計 （2-56）式中，d主軸最小直徑，單位mm； A0查教材表15-3。由表15-3，軸的材料為選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，則取112由軸的結構圖知，最小直徑為連接光電編碼器取為74，即，取，查手冊表5-6得，選兩個圓螺母，D=75 ，-之間的軸肩高度為取1.5,，所以，由鏈輪寬度，取，查手冊選鍵為22×14×63-之間的軸肩起定位作用，取軸肩高度h為0.08 =0.08×77=6.16 ，取由，取-之間為非定位軸肩，查手冊表5-6，取圓螺母為M95×2，取，初選滾動軸承，因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，所以選用單列圓錐滾子軸承，使用反裝

35、方式。查手冊GB/T297-1994，選用軸承30310，取，取-之間軸肩起定位作用，取軸肩高度h為0.08 =0.08×100=8取，-之間軸肩起非定位作用，取為120，選單列圓錐滾子軸承32924，B=29由軸的結構，取，由繞線機花盤的結構尺寸，取 主軸的載荷分析鏈輪的壓軸力為，主軸轉(zhuǎn)矩為軸上載荷圖圖2-2 軸上載荷圖水平方向受力（N）垂直方向受力垂直方向載荷受力圖如圖2-3：圖2-3 垂直方向載荷圖各個力的力臂為 由力矩平衡公式得 （2-56）式中，G繞線模滿圈時所受的重力，單位為N，滿圈質(zhì)量m=10噸。 =19080.2(N)又由 =23467+50000-19080.2=5

36、4386.8(N)垂直方向的彎矩垂直方向的彎矩圖如圖2-4：圖2-4 垂直方向的彎矩圖最大彎矩值為 最大總彎矩 =2440.6(N·m)=2440600(N·mm) 扭矩 軸上零件的定位左軸承的右邊采用軸肩定位，左邊采用套筒及雙圓螺母定位；右軸承的左邊采用箱體定位，右邊采用軸肩定位固定。鏈輪的左邊采用雙圓螺母固定定位，右邊采用軸肩定位，與軸采用鍵連接，查手冊中表4-1，選擇鍵22×14×63按照彎矩合成應力校核軸的強度進行校核時，只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，軸單項旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6，軸的彎扭合成強度條件為 （2-57）式

37、中，軸的計算應力，單位為MPa； 軸所受的彎矩，單位為N·mm； T3軸所受的扭矩，單位為N·mm；W軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm3； =21.75MPa前面已經(jīng)選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，見表15-1，查得=60MPa； <，故主軸安全，滿足工作要求2.7 鏈輪主動軸2.7.1 鏈輪主動軸的安裝結構該鏈輪主動軸的動力由電動機經(jīng)過帶傳動、蝸桿蝸輪減速，傳遞動力到蝸輪，蝸輪安裝在鏈輪主動軸上。鏈輪主動軸的結構簡圖如圖2-5所示：圖2-5 鏈輪主動軸簡圖 鏈輪主動軸的尺寸設計由于蝸輪軸的轉(zhuǎn)速比較小，所以只進行尺寸的確定。由前面主軸的設計知，=77(mm)，查手冊知，選

38、鍵為22×14×63，L1取82(mm)，選緊定螺釘為M5。由于軸肩起定位作用，所以h=0.08d1=0.08×77=6.16(mm)=77+2×6.16=89.32(mm)選擇軸承為圓錐滾子軸承30218，取為90(mm)，取=88(mm)選擇d3=95(mm)由B0.75da1=0.75×96=72(mm)，取B=70(mm) L3=65(mm)，選擇平鍵25×14×50軸環(huán)左側起定位的作用，選擇d4=d3+0.08d3=110.2(mm)，選d4=112(mm)由L41.4h=1.4×8.5=12(mm)，所

39、以選L4=16(mm)選d5=109(mm)，L5=88(mm)選擇圓錐滾子軸承30218，取d6=90(mm)，L6=65(mm)2.8 蝸桿軸2.8.1 蝸桿軸的安裝結構該軸由電機經(jīng)電機軸傳遞動力到蝸桿軸，蝸桿軸上安裝有從動帶輪、磁粉制動器。蝸桿軸的結構簡圖如圖2-6所示：圖2-6 蝸桿軸結構簡圖 蝸桿軸的尺寸設計由于蝸桿的尺寸較小，所以將蝸桿在軸上直接加工，做成蝸桿軸。由電動機軸的直徑?jīng)Q定，取=42(mm)，取115(mm)，選鍵為12×8×95由蝸桿分度圓的直徑為=80(mm)，選擇=55(mm)；(8+0.06z2)m，取=84(mm)。由第2段右側，第6段左側起

40、定位軸肩作用，選=45(mm)，選單列圓錐滾子軸承30209，L2=20(mm)，L6=70(mm)。由軸的總體尺寸，確定第3段和第5段軸部的長度為，=55(mm)。2.9 主動帶輪軸電機軸2.9.1 主動帶輪軸的結構三相異步電動機由電機軸傳遞動力到主動帶輪，由主動帶輪帶動從動帶輪，從而傳遞動力到主軸。軸上零件的安裝簡圖如下：圖2-7 帶輪主軸結構簡圖 主動帶輪軸的尺寸設計由電機主軸的功率為=4.67(kW)，主軸轉(zhuǎn)矩為=91(N·m)初步確定軸的最小直徑 （2-57）選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理；查教材表15-3，取A0=112 =26.2由于最小直徑在帶輪處，取=42(mm)，取

41、125(mm)選平鍵為12×8×90選為52(mm)，取為52(mm)選為65(mm)，選深溝球軸承為66013，取130(mm)由電機輸出軸的尺寸，取=42 (mm)，=105 (mm)，選擇平鍵為12×8×803 后箱體、排線架的設計3.1 后箱體主軸的設計 后箱體主軸的結構后箱體主軸上安裝有兩個單列圓錐滾子軸承、尾座微調(diào)軸，前端安裝有花盤。結構簡圖如下：圖3-1 后尾箱主軸結構簡圖 后箱體主軸的尺寸設計后箱體主軸只受負載繞線模的重力作用，主要起支撐作用，不傳遞轉(zhuǎn)矩，而且轉(zhuǎn)速一般很低，最多達到24 rpm，所以只進行尺寸的確定，不進行校核。前箱體主軸

42、的尺寸知，后箱體主軸前端尺寸結構，××××××選=140(mm)，L1=42(mm)，d0=220(mm)選擇軸承為單列圓錐滾子軸承為32924，d2為120(mm)，L2取36(mm)第2段不起軸肩的作用，所以d3取117(mm)，L3取420(mm)。L4在左側起軸肩定位作用，=100(mm)；選單列圓錐滾子軸承30220，由軸承的寬度，選=62(mm)。根據(jù)第5段軸肩部位，查手冊中的圓螺母尺寸，選用=95(mm)，選用雙圓螺母公稱直徑為95(mm)，選圓螺母為M95×2，則取(mm)。3.2 后箱體微調(diào)軸3.2.1 后

43、箱體微調(diào)軸的結構由于微調(diào)軸只起微小調(diào)節(jié)后箱體主軸的的位置，不傳遞動力的，故只確定微調(diào)軸的尺寸。軸上的結構簡圖如下：圖3-2 微調(diào)軸結構簡圖 后箱體微調(diào)軸的尺寸設計后尾座微調(diào)軸上安裝有外購件手柄，不傳遞動力。選螺紋公稱直徑為=42(mm)，取110(mm)第2段軸肩，取30(mm)，=30(mm)取40(mm)，=20(mm)選用雙單列圓錐滾子軸承30207，=50(mm)，=35(mm)第5段軸肩，取32(mm)，=30(mm)第6段軸肩，取27(mm)，=40(mm)，選鍵為8×7×20。3.3 后箱體粗調(diào)3.3.1 蝸桿-蝸輪傳動通過粗調(diào)手柄轉(zhuǎn)動蝸桿，傳遞運動到蝸輪，由

44、蝸輪運動帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪齒條傳動帶動后箱體做水平運動，從而調(diào)節(jié)繞線機的跨距，將繞線模支撐起來。由于蝸桿蝸輪機構只傳遞運動，不傳遞動力，只在安裝繞線模的時候粗調(diào)前箱體與后箱體之間的跨距才手動運動的。所以只確定蝸桿-蝸輪的尺寸，不進行強度校核。蝸桿的材料選用45鋼，蝸輪選用灰鑄鐵HT150。查教材表11-2，選用蝸桿-蝸輪中心距為80 (mm)，蝸桿齒數(shù)為=2，分度圓直徑為=40，直徑系數(shù)為q=10，模數(shù)為m=4；導程角為1836。蝸輪齒數(shù)為=31，分度圓直徑為=m=4×31=124 (mm)，變?yōu)橄禂?shù)為=-0.5(mm) 蝸桿軸的設計由于蝸桿的尺寸較小，所以將蝸桿和軸制作成一體，

45、即為蝸桿軸；蝸桿軸只傳動運動，不傳遞轉(zhuǎn)矩，故只進行尺寸結構的設計，不進行載荷的校核分析。軸的材料選用45鋼。軸的結構簡圖如下：圖3-3 蝸桿軸的結構簡圖由以上結構簡圖可知，蝸桿分度圓直徑=40(mm)，(8+0.06×31)×5=49.3(mm)，所以取51(mm)；齒根圓直徑為=40-2.4×4=30.4 (mm)，取=29 (mm)；查手冊取軸承為深溝球軸承66005，所以=25，=24；由教材知，選=50,;=30 (mm)；=48 (mm)。3.4 排線架3.4.1 滾珠絲杠由于在排線的過程中，排線架需要隨著線圈的纏繞位置變化而不斷地來回運動，需要使用機械傳動機構才驅(qū)動排線架水平地來回運動，所以選用滾珠絲杠來帶動排線架左右直線運動。通過滾珠絲杠的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)排線架的往返運動。由于隨著繞線模的線圈的不斷繞制，線圈的質(zhì)量不斷增加，需要不斷地改變排線架來回運動的速度，所以需要電機能在PLC的控制下與繞線機的主軸的轉(zhuǎn)速同步變化。所以選用交流伺服電動機來驅(qū)動滾珠絲杠的運動。又繞線模的轉(zhuǎn)速非常慢，排線架的運動速度也相當慢了，需要的功率很小，選用交流伺服